陕西火箭军工程大学联合西北工业大学的研究团队近日发布了一项令人瞩目的科研成果：通过粉末挤出3D打印技术，成功构筑了具有多孔阶梯型结构的TiC/SiC/Ti3SiC2复合超材料，在复合SiO2气凝胶后，实现了超轻质、耐高温以及超宽频微波-红外兼容隐身功能。这项研究为新一代多功能隐身材料的制造提供了一种全新的技术范式。
技术原理：多孔阶梯超结构的隐身机制
研究团队设计的多孔阶梯型超结构包含了从微观到宏观的多尺度孔隙结构。TiC/SiC/Ti3SiC2三元陶瓷基体材料本身即具有优异的高温稳定性和介电性能，而通过粉末挤出3D打印精确控制的多孔阶梯结构进一步增强了材料的电磁波调控能力。当入射电磁波进入材料内部时，阶梯结构引起阻抗渐变，减少了表面反射，使电磁波能够更有效地进入材料内部被吸收。多孔结构则通过多次散射和界面极化损耗进一步消耗电磁波能量。与此同时，SiO2气凝胶的复合引入赋予了材料优异的热绝缘性能，有效抑制了红外热辐射特征，实现了微波吸收与红外隐身的协同兼容。这种结构-功能一体化的设计思路巧妙地将几何结构与材料本征特性相结合，突破了传统隐身材料顾此失彼的技术瓶颈。
粉末挤出3D打印：复杂陶瓷超结构制造的关键
粉末挤出3D打印技术在本研究中扮演了不可替代的角色。传统陶瓷成型工艺如模压、注浆和干压成型难以制造具有复杂内部孔隙结构的陶瓷零件，而粉末挤出技术则能够逐层精确沉积陶瓷浆料，构建出传统工艺无法实现的阶梯型多孔结构。研究团队通过优化陶瓷浆料的流变特性和挤出参数，成功实现了高固含量TiC/SiC浆料的稳定挤出，生坯经高温烧结后获得了致密度超过95%的陶瓷基体。粉末挤出技术的关键优势在于材料适应性强——几乎任何可制成粉末的陶瓷材料都可以用于该工艺，且设备成本远低于激光选区烧结等增材制造技术。这使得该技术在功能陶瓷的大规模生产方面具有显著的经济可行性。
性能指标：轻质耐高温与宽频隐身的兼顾
研究团队对制备的多孔阶梯超结构进行了系统的性能测试。实验数据显示，该材料在X波段（8.2-12.4GHz）和Ku波段（12.4-18GHz）均表现出优异的微波吸收性能，有效吸收带宽超过8GHz，覆盖了大多数军用雷达的工作频段。在红外隐身方面，SiO2气凝胶的复合使材料的热导率降低至0.03W/mK以下，在高温环境下表面红外辐射特征大幅减弱。同时，材料的密度仅为1.2g/cm³左右，远低于传统隐身涂层的面密度，实现了真正意义上的超轻质。更值得关注的是，该材料在800℃高温下仍保持了稳定的电磁吸收性能，这对于高速飞行器等高温服役环境的隐身需求而言具有重要意义。
应用前景与产业链影响
多孔阶梯超结构隐身材料的技术突破对国防装备和民用领域都具有深远意义。在军事领域，该材料可应用于飞机蒙皮、导弹天线罩和舰船雷达隐身结构等领域，其耐高温特性和宽频隐身能力正好满足新一代高速飞行器的隐身需求。在民用领域，该技术也可拓展至电磁屏蔽、5G通信抗干扰和建筑热管理等功能场景。从产业角度看，粉末挤出3D打印结合功能陶瓷的技术路线为隐身材料的低成本、大批量制造提供了可行的工业化路径，有望改变当前隐身涂料依赖昂贵真空镀膜和手工涂装的工艺格局。研究团队表示，后续将进一步优化材料配方和打印工艺，推动该技术从实验室走向工程化应用。
来源：复合材料学报、国防科技大学学报、南极熊3D打印网